基于刚柔耦合的数控铣齿机床动态特性分析.pdf

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1、机械设计与制造第7期156MachineryDesign&Manufacture2011年7月文章编号：1001—3997(201t)07—0156—02基于刚柔耦合的数控铣齿机床动态特性分析术房瑞祥黄筱调(南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)ThedynamicansysofNCmillingmachinebasedonrigid——flexiblecouplingFANGRui-xiang，HUANGXiao—diao(CollegeofMechanicalandPowerEngi

2、neering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China)中图分类号：TH16，TG547文献标识码：A．1—日—￡IJ一—舌L合考虑铣齿加工的周期以及瞬时铣削深度的铣齿切削力进给分量模型()为：Fz(t)：9．2-，．103xk-1．1(f)。aI'lz(1)极坐标数控高速高精成型铣齿机床是十分重要的一种齿轮加式中：—铣削功率修正系数；—铣刀直径；—铣削深度；—每工机床，也是齿轮加工生产中的一种高效率的加工设备。该铣齿机齿进给量；—铣削宽度

3、，oT,-k+ttg20。；。—铣刀刀片数；一床的加工对象是一些使用在大型机械(如风力发电设备，建筑机械，铣刀转速。切削力近似正比于切削截面积：港口机械)大模数齿轮，其较高的加工速度和较大的切削用量，也就()(f)。(2)要求了机床必须具有合理的结构配置和优良的动能l_21。机床整机动力学模型的建立非常困难，其关键是机床包含式中：K，：=9．2x103xk．d：。0．8ZlI。一。向铣削刚度，即单位切削宽苋大量的结合面，机床结构的动力学特性很大程度上取决于结合面度和单位切削厚度时的切削力。的特性。结

4、合面间既储存能量又消耗能量的“柔性结合”本质极大()=。()一[x(t)-x(t一)](3)地影响着机床整机的静、动态特性。结合面间的弹性和阻尼，尤其式中：(f)—实际铣削深度；。()—本次名义铣削深度；()一本次是阻尼，往往比结构本身的弹性和阻尼还大。对铣齿机结合面用铣削的振纹轨迹；目邻两次铣削之间的时间差；(￡卜上弹簧阻尼器模拟，主轴箱用ANSYS生成柔性体导人到ADAMS次铣削残留振纹轨迹。中，实现刚柔耦合，并模拟铣齿机在切削过程中的铣削力来激励使用某公司的切削参数进行铣齿切削力模型分析：铣刀

5、模数m=16mm，铣刀直径do=400mm，铣刀刀片数z=36，3个刀片为主轴箱；同时，通过LMS噪声振动测试仪器对铣齿机加工过程中主轴箱进行了振动噪声测试，实验结果与仿真结合相符[41。一组，主轴转速80r／min，进给速度v=120mm／min，被加工齿轮材料为50Mn。铣齿切削力是周期性的切削载荷，其周期：2铣削力模型的建立铣齿加工为非连续性强力切削，瞬态切削力的影响因素复f卜0．0625(4)杂且变化幅值大，所以对机电耦合系统的快速响应性以及稳定性将铣齿切削力载荷模型表示为阶跃函数和锯齿波函

6、数，一要求更高。文献131总结了铣齿切削功率的计算方法，在此基础上综个周期内铣齿切削时丝杆的扭矩模型图，如图1所示。★来稿日期：2010—09—13★基金项目：江苏省工业装备数字制造及控制技术重点实验室高技术项目(BM2007201)，江苏省自然科学基金(BK2008374)，江苏省科技支撑计划(工业)项目(BE2009167)第7期房瑞祥等：基于刚柔耦合的数控铣齿机床动态梅陛分析157与仿真模型的高度吻合，91。在大型系统中，由于我们比较关心系l1／。i统的低阶频率对系统动态性能的影响，所以仿真过

7、程中我们取频，⋯一t⋯’率为(10～1000)Hz这个频率段来仿真，分析步数设为400步，运{行振动分析对话框，如图4所示。通过后处理，得到主轴箱实验测；试点的频响函数，频响函数，如图5所示㈣。t(s)图1铣齿切削丝杆扭矩模型3铣齿机床刚柔耦合模型的建立3．1主轴箱柔性体的生成ADAMS与ANSYS以及其他的三维建模软件之间都具有接口，ADAMS／Flex模块允许在ADAMS模型中根据模态频率数据创建柔性体部件，而ANSYS则提供一个专用接口生成模态中性图4运行振动分析对话框文件(mnf)，具体的技

8、术路线，如图2所示。I—VionAis2：1pulChannel10uilx'i_Ch~lL3R⋯spal＼、＼＼＼一＼＼／～『＼I、＼{

9、图5振动仿真频响结果图2ANSYS和ADAMS联合仿真的技术路线4铣齿机床加工状态下的动态测试实验3_2铣齿机床整机刚柔耦合模型的建立实验采用的是比利时某公司的振动噪声测试仪器，加速度铣齿机床的三维图形三维软件PROE绘制，然后倒人到传感器采用的某公司的传感器，测试点分别布置在主轴箱刀盘附ADAMS中，并通过ADAMS／FLEX倒